Ärzte Zeitung online, 07.05.2009

Neue Nervenzellen im erwachsenen Gehirn sorgen für flexibles Lernen

DRESDEN (eb). Auch in den Gehirnen Erwachsener entstehen neue Hirnzellen. Nachgewiesen ist das jetzt zum Beispiel für die Körnerzellen im Hippocampus. Diese Zellen ermöglichen ein flexibles Lernen in einer sich verändernden Umwelt und erlauben es dem Gehirn, selbst winzige Unterschiede gezielt wahrzunehmen und diese neben bereits gemachten Erfahrungen abzuspeichern.

Eine Maus auf versteckter Plattform im Morris-Wasserlabyrinth. Im Bild ist auch ein Plot mit der Aufenthaltswahrscheinlichkeit im Wasserlabyrinth zu sehen. In den roten Bereichen würde sich die Maus mit 6-fach höherer Wahrscheinlichkeit aufhalten als in den dunkelblauen.

Foto: Prof. Gerd Kempermann und Dr. Alexander Garthe

Wissenschaftler aus Berlin und Dresden hatten in einer neuen Studie die aus adulten Stammzellen hervorgehenden, nur wenige Mikrometer kleinen Körnerzellen des Hippocampus untersucht und ihren Einfluss auf die Verknüpfung von Erfahrungen und neuen Eindrücken.

Die genaue Funktion von neuen, aus bereits vorhandenen Stammzellen geborenen Körnerzellen (Nervenzellen) im erwachsenen Hippocampus ist zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht geklärt. Um etwas mehr Licht ins Dunkel zu bringen, entwickelte die Forschungsgruppe um Professor Gerd Kempermann vom Dresdner DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien (CRTD) und Kollegen der Charité ein Analyseverfahren. Das ermöglicht, qualitative Aspekte des Lernens und die Rolle von Körnerzellen in diesem Prozess zuverlässig abzubilden.

Dazu wurde die Neubildung von Körnerzellen im erwachsenen Gehirn von Mäusen unterdrückt (PLoS ONE, online am 7. Mai 2009). In einem Morris-Wasserlabyrinth mit versteckter Plattform beobachteten die Forscher danach fünf Tage lang das Verhalten behandelter und unbehandelter Mäuse auf der Suche nach einer im Wasser verborgenen Plattform. Die Schwimmmuster wurden mit einem Algorithmus statistisch ausgewertet.

Die Forscher interessierte bei der Beobachtung nicht vorrangig, wie schnell die Mäuse zur Plattform schwammen, sondern welche Suchstrategien die Tiere dabei verwendeten. "Beide Testgruppen fanden die Plattform, die behandelten Mäuse verwendeten jedoch weniger effektive Strategien, um sie zu finden", so Kempermann in einer Mitteilung des CRTD.

"Nach drei Tagen änderten wir die Position der Plattform. Auch hier fanden beide Gruppen das neue Ziel, die behandelten Mäuse suchten allerdings für eine längere Zeit an der alten Position", so Kempermann. "Wir schlussfolgerten daraus, dass der Mangel an neugeborenen Körnerzellen dafür verantwortlich ist, dass die Mäuse die neue Aufgabe zunächst nicht effektiv erlernen konnten. Die Tiere konnten auf das Auftreten einer neuen, jedoch sehr ähnlichen Situation nicht flexibel reagieren."

Die auf einem mathematischen Modell beruhende Hypothese der Wissenschaftler in dieser Studie ist, dass neue Körnerzellen im Gyrus dentatus (Teil des Hippocampus) das Risiko ungünstiger Wechselwirkungen zwischen bereits gemachten Erfahrungen und neuen Gedächtnisinhalten erheblich verringern. Ihnen kommt daher zur Aufrechterhaltung kognitiver Flexibilität eine wichtige Rolle zu.

Dr. Alexander Garthe, Postdoc bei Kempermann, fasst die Ergebnisse der Studie zusammen: "Unsere Studie bestätigt, dass adulte Neurogenese, also das Entstehen neuer Nervenzellen im erwachsenen Gehirn, wichtige Aspekte des Lernens beeinflusst. Die neuen Körnerzellen werden gebraucht, um neue Informationen aus der Umwelt effizient mit zuvor gemachten Erfahrungen zu integrieren. Dies gilt besonders dann, wenn der Unterschied zwischen bereits vorhandenen Erinnerungen und neuen Inhalten nur sehr klein ist."

Es wird angenommen, dass adulte Neurogenese auch bei neurodegenerativen Erkrankungen des Menschen wie Alzheimer Demenz eine wichtige Rolle spielt. Die Ergebnisse dieser Studie erweitern also nicht nur unser Verständnis der neurobiologischen Grundlagen von Lernvorgängen, sondern sie können dazu beitragen, neue Therapien auf der Grundlage bereits im Gehirn vorhandener Stammzellen zu entwickeln.

Studie "Adult-generated hippocampal neurons allow the flexible use of spatially precise learning strategies" im Volltext

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